外源鈣與甜菜堿對(duì)干旱脅迫下絲瓜幼苗的緩解效應(yīng)

任曉雪 王紅軍 楊洪霞

摘要：為探討外源鈣與甜菜堿提高絲瓜幼苗干旱脅迫抗逆性的作用機(jī)理，以絲瓜品種綠鉆88為試材，在水培條件下借助PEG-6000模擬干旱脅迫環(huán)境，研究其對(duì)干旱脅迫下絲瓜幼苗的形態(tài)建成、光合色素、光合能力、保護(hù)酶活性、膜透性和活性氧積累的影響。結(jié)果表明：干旱脅迫能夠抑制絲瓜幼苗的形態(tài)建成，外源鈣與甜菜堿可在一定程度上緩解干旱脅迫對(duì)絲瓜幼苗生長的抑制作用，且以二者配施效果更佳。干旱脅迫能夠顯著降低絲瓜幼苗的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b、類胡蘿卜素含量和光合特性，且降低程度隨脅迫時(shí)間的后移而加劇，而外源鈣與甜菜堿可在一定水平上緩解這種抑制作用，且以二者配施效果更佳。外源鈣與甜菜堿能夠提高干旱脅迫下絲瓜幼苗的葉綠素a/b值，且以二者配施的PCG處理下值最大。干旱脅迫能夠顯著降低絲瓜幼苗的保護(hù)酶活性，降低幅度隨脅迫時(shí)間的后延而提高，而外源鈣和甜菜堿能夠減少干旱脅迫下保護(hù)酶活性的降低幅度，且這種減緩作用隨脅迫時(shí)間的后延而更加顯著，同時(shí)以二者配施效果更佳。干旱脅迫顯著增加了絲瓜幼苗葉片MDA、O-2·、H2O2含量，提高葉片相對(duì)電導(dǎo)率，且隨脅迫時(shí)間的后移呈升高趨勢，引發(fā)氧化脅迫，而外源鈣、甜菜堿能夠緩解干旱逆境對(duì)絲瓜幼苗葉片細(xì)胞膜的氧化傷害，且以二者配施效果更佳。鈣離子通道抑制劑LaCl3的施用表明，缺鈣能夠加重干旱脅迫對(duì)絲瓜幼苗形態(tài)建成和生理特性的抑制作用，鈣對(duì)甜菜堿在增強(qiáng)植株抗旱性方面有正向促進(jìn)作用?？梢?，外源鈣與甜菜堿配施能夠在一定水平上有效緩解干旱脅迫對(duì)絲瓜幼苗在生長、光合色素含量、光合能力、保護(hù)酶活性方面的抑制作用，減少干旱脅迫下絲瓜幼苗活性氧的積累，降低細(xì)胞膜膜脂過氧化水平，從而增強(qiáng)絲瓜幼苗的抗逆性。

關(guān)鍵詞：外源鈣；甜菜堿；干旱脅迫；絲瓜；緩解效應(yīng)

中圖分類號(hào)：S642.401 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）08-0131-08

基金項(xiàng)目：河南省“四優(yōu)四化”科技支撐行動(dòng)計(jì)劃（編號(hào)：SYSH20200503004）；中原學(xué)者工作站資助項(xiàng)目（編號(hào)：214400510023）；2022年度河南省重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)（編號(hào)：221111110100）。

作者簡介：任曉雪（1982—），女，河南商丘人，助理研究員，主要從事植物逆境生理生態(tài)研究。E-mail：yguangwode@163.com。

通信作者：楊洪霞，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事植物逆境生理生態(tài)研究。E-mail：yguangwode@163.com。

干旱作為一種極端天氣時(shí)常出現(xiàn)，嚴(yán)重制約作物的正常生長和產(chǎn)量增加，是諸多農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨的主要瓶頸之一。全世界有約1/3的陸地面積為干旱或半干旱地區(qū)，而我國則有約51%的國土面積為干旱或半干旱地區(qū)［1］。植物在干旱條件下會(huì)表現(xiàn)出一系列表型和生理生化層面的變化，表型層面表現(xiàn)為生長變慢、生物量降低、葉片卷曲黃化［2］，生理生化層面表現(xiàn)為葉綠素合成受阻、光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）反應(yīng)中心對(duì)光能捕獲和電子傳遞效率降低［3］、光合能力減弱、活性氧（ROS）代謝平衡紊亂［4］、膜結(jié)構(gòu)損傷，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。絲瓜富含維生素和礦物質(zhì)，具有較高的食用和藥用價(jià)值，具有廣闊的消費(fèi)市場。絲瓜的根系相對(duì)發(fā)達(dá)，但仍會(huì)遭受水分脅迫的危害。在育苗期，人為管理不當(dāng)、斷水?dāng)嚯姷仍蛟斐傻乃置{迫，會(huì)嚴(yán)重威脅穴盤內(nèi)絲瓜幼苗的生長。若移栽后遭遇水分脅迫，植株會(huì)因生長勢的降低而變得瘦弱矮小。結(jié)果期受到水分脅迫，則會(huì)使絲瓜果實(shí)過早老化、纖維增加、品質(zhì)降低、商品果減少。因此，研究絲瓜在干旱逆境下的響應(yīng)機(jī)理，提高絲瓜抵御干旱逆境的能力，對(duì)減少生產(chǎn)損失有重要意義，對(duì)提高其他作物的抗逆性也有一定的參考價(jià)值。

鈣是植物生長發(fā)育所必需的中量元素，同時(shí)是偶聯(lián)胞外刺激和胞內(nèi)生理生化反應(yīng)的第二信使［5］，對(duì)植物生長發(fā)育和生理代謝活動(dòng)有重要調(diào)控作用［6］。在逆境條件下，鈣參與逆境信號(hào)的響應(yīng)與表達(dá)，對(duì)穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、阻止膜脂過氧化反應(yīng)、提高抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)的酶活性、改善光合性能等方面有重要作用［7］。研究表明，葉片噴施或根灌外源鈣均能夠有效改善干旱脅迫下黃芩幼苗葉綠素的含量和保護(hù)酶的活性［8］。鈣可促進(jìn)水分脅迫下小麥幼苗的生長和養(yǎng)分吸收，緩解水分脅迫的抑制效應(yīng)［9］。甜菜堿（glycine betaine，GB）廣泛存在于動(dòng)植物和微生物體內(nèi)，是一種季胺型水溶性生物堿，能夠減緩高溫、干旱、鹽害等逆境脅迫對(duì)植物造成的傷害［10］。在逆境條件下，甜菜堿可通過降低細(xì)胞滲透壓、清除機(jī)體活性氧、維持生物膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和生物體內(nèi)大分子結(jié)構(gòu)的完整性等方式，增強(qiáng)植株的抗逆性［11］。研究表明，甜菜堿能夠維持干旱脅迫下茄幼苗的生長，并使MDA含量保持較低水平［12］。甜菜堿可提高干旱脅迫下甜茶的相對(duì)含水量和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，調(diào)節(jié)抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)的酶活性［13］。可見，外源鈣和甜菜堿對(duì)提高作物抗旱性均有一定正向作用，而有關(guān)外源鈣、甜菜堿單施或配施在絲瓜幼苗抗旱性方面的研究尚未見報(bào)道。為此，本試驗(yàn)以絲瓜品種綠鉆88為試材，在水培條件下借助PEG-6000模擬干旱脅迫環(huán)境，研究外源鈣、甜菜堿對(duì)干旱脅迫下絲瓜幼苗形態(tài)建成、光合色素、光合能力、保護(hù)酶活性、膜透性、活性氧積累的影響，探討外源鈣與甜菜堿提高絲瓜幼苗干旱脅迫抗逆性的作用機(jī)理，以期為絲瓜生產(chǎn)中緩解干旱逆境傷害和進(jìn)行抗旱節(jié)水栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試絲瓜品種為從瑞克斯旺公司引進(jìn)的綠鉆88。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年2月17日至5月20日，在河南省商丘市農(nóng)林科學(xué)院雙八試驗(yàn)站（115°64′E，34°50′N）智能溫室內(nèi)進(jìn)行。將絲瓜種子放入55 ℃水中，用玻璃棒不斷攪拌至常溫，浸泡12 h，再用10%磷酸三鈉溶液浸泡15～20 min消毒，然后用清水沖洗2～3遍，放置于催芽箱內(nèi)進(jìn)行催芽，待2/3的種子露白即可播種。將種子芽尖向下播種于32孔穴盤內(nèi)，每穴1粒，上覆1～1.5 cm的基質(zhì)?；|(zhì)裝盤前用800～1 000倍液的72.2%霜霉威水劑均勻噴灑1遍，以預(yù)防猝倒病、立枯病等苗期病害。待幼苗長至2葉1心時(shí)，選取長勢基本一致的幼苗，洗去根部基質(zhì)，移栽到裝有1/2 Hoagland 營養(yǎng)液的栽培筐內(nèi)，每筐栽培6株。栽培筐長×寬×高為40 cm×25 cm×15 cm。移栽至栽培筐2 d后，開始進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。

在前期預(yù)備試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，篩選CaCl2濃度 14 mmol/L、甜菜堿（glycine betaine，GB）濃度1.2 mmol/L，選用10% PEG-6000模擬干旱脅迫。試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理：對(duì)照（CK）：1/2 Hoagland 營養(yǎng)液+0葉面處理；P：10% PEG-6000+葉面噴施純凈水；PC：10% PEG-6000+14 mmol/L CaCl2；PG：10% PEG-6000+1.2 mmol/L甜菜堿；PCG：10% PEG-6000+14 mmol/L CaCl2+1.2 mmol/L甜菜堿；PLG：10% PEG-6000+1.0 mmol/L LaCl3（鈣離子通道抑制劑）+1.2 mmol/L甜菜堿。每處理重復(fù)3次，每3框記作1次重復(fù)，共54框。在干旱試驗(yàn)開始前連續(xù)噴施3 d CaCl2，每天噴施1次，P處理在干旱試驗(yàn)開始前連續(xù)噴施3 d純凈水，甜菜堿、LaCl3（鈣離子通道抑制劑）在干旱試驗(yàn)開始前 1 d 噴施，噴施時(shí)間均為上午08：00—09：00。在干旱脅迫試驗(yàn)的第3天測定絲瓜幼苗生理指標(biāo)，在第10天測定形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

用直尺測量株高和根長，游標(biāo)卡尺測量莖粗，葉面積儀測量葉面積，LA-S2400根系掃描儀測量根尖數(shù)，千分之一電子天平稱量干鮮質(zhì)量。采用乙醇丙酮浸提法［14］測定葉綠素含量。使用便攜式光合儀Li-6400（美國，LI-COR公司生產(chǎn)）測定第2張真葉凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）。參照王學(xué)奎等的方法［15］測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性。采用沈文飚等的方法［16］測定抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性。參照趙世杰等的方法［17］測定MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率。采用郭允娜等的方法測定超氧陰離子（O-2·）和過氧化氫（H2O2）含量［18］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，利用SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及差異性檢驗(yàn)（Duncans法，α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源鈣與甜菜堿對(duì)干旱脅迫下絲瓜幼苗形態(tài)建成的影響

由表1可知，與CK相比，干旱脅迫能夠顯著降低西瓜幼苗的株高、莖粗、葉面積、根長、根尖數(shù)、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量，這說明干旱脅迫能夠抑制絲瓜幼苗形態(tài)建成。與單純的干旱脅迫P處理相比，PC、PG處理顯著提高了絲瓜幼苗的株高、莖粗、葉面積、根長、根尖數(shù)、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，這表明外源鈣和甜菜堿葉面噴施均能夠有效緩解干旱逆境脅迫對(duì)絲瓜幼苗生長的抑制作用。PCG處理下絲瓜幼苗各形態(tài)指標(biāo)均高于PC、PG處理，其中在株高、根尖數(shù)、鮮質(zhì)量指標(biāo)上與PC、PG處理差異顯著（P<0.05），PCG較PC處理分別增加9.98%、12.47%、8.25%，PCG較PG處理分別增加8.09%、23.62%、9.95%。添加有鈣離子通道抑制劑和甜菜堿的PLG處理，其各指標(biāo)均顯著低于PG處理，且在株高、葉面積、根長、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量指標(biāo)上與P處理差異顯著（P<0.05）。說明在鈣缺乏的前提下，甜菜堿對(duì)增強(qiáng)植株抗旱性的促進(jìn)作用會(huì)受到抑制。

2.2 外源鈣與甜菜堿對(duì)干旱脅迫下絲瓜幼苗光合色素含量的影響

由表2可知，干旱脅迫能夠顯著降低絲瓜幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b、類胡蘿卜素含量，其含量隨脅迫時(shí)間的延長呈下降趨勢。在干旱脅迫3 d時(shí)，PC、PG、PCG處理的絲瓜幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b、類胡蘿卜素含量均高于P處理；其中以PCG處理下值最大，較P處理分別增加41.57%、32.26%、39.17%、39.13%。表明葉面噴施外源鈣、甜菜堿能夠在一定水平上阻止干旱脅迫下絲瓜葉片光合色素含量的降低幅度，且外源鈣與甜菜堿復(fù)配效果更佳。PC、PG、PCG處理的絲瓜幼苗各指標(biāo)在第10天時(shí)的變化規(guī)律與第3天時(shí)一致，且均低于第3天，但PCG處理的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b、類胡蘿卜素降幅均低于PC、PG處理，分別比第3天降低11.90%、7.32%、10.78%、3.13%，表明PCG處理更有利于延緩長時(shí)間干旱脅迫環(huán)境下光合色素含量的降低速率。PLG處理下各色素指標(biāo)均低于PG、PLG處理，這同時(shí)也說明鈣的添加能夠促進(jìn)甜菜堿對(duì)干旱脅迫的緩解效應(yīng)。另外，在5個(gè)干旱處理下，以PCG處理下的葉綠素a/b值最大。

2.3 外源鈣與甜菜堿對(duì)干旱脅迫下絲瓜幼苗光合參數(shù)的影響

由表3可知，5個(gè)干旱處理的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度均低于對(duì)照，其中凈光合速率以P、PLG處理的降幅相對(duì)較大，PC、PG、PCG降幅相對(duì)較小，說明外源鈣、甜菜堿單施或配施均能減輕干旱脅迫對(duì)絲瓜幼苗光合能力的抑制作用。PC、PG處理的凈光合速率均高于P處理，雖然PG高于PC，但二者差異不顯著；PCG處理在脅迫第3天時(shí)顯著高于PC、PG處理，在脅迫第10天顯著高于PC處理，高于PG處理但與其差異不顯著，表現(xiàn)出一定的補(bǔ)償效應(yīng)，這說明外源鈣和甜菜堿復(fù)配較單一外源物質(zhì)效果更佳，且隨著時(shí)間的推移，能夠更好地延緩絲瓜幼苗光合能力的降低速率。另外，在脅迫第3天和第10 天，PCG處理的凈光合速率較P處理分別增加47.39%、71.17%，與P處理差異顯著（P<0.05）。PLG處理的凈光合速率不僅低于PG處理，還低于P處理，說明鈣的缺乏能夠顯著抑制絲瓜幼苗光合能力的提高。從脅迫第3天至第10天，PC、PG、PCG處理的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度均表現(xiàn)為下降趨勢，而胞間CO2濃度亦表現(xiàn)為下降趨勢；在P、PLG處理下，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度表現(xiàn)為下降趨勢，而胞間CO2濃度卻呈現(xiàn)升高趨勢。

2.4 外源鈣與甜菜堿對(duì)干旱脅迫下絲瓜幼苗保護(hù)酶活性的影響

由表4可以得出，單純的干旱脅迫P處理顯著降低了絲瓜幼苗葉片抗氧化保護(hù)酶的活性，其中SOD、POD、CAT、APX活性在脅迫第3天較CK分別降低22.58%、33.22%、48.83%、34.30%，脅迫第10天較CK分別降低42.30%、49.12%、62.85%、57.66%。外源鈣、甜菜堿單施或復(fù)配施用均能夠有效緩解干旱脅迫對(duì)絲瓜幼苗葉片保護(hù)酶活性的抑制作用，PC、PG、PCG處理在干旱脅迫第3天和第10天，其保護(hù)酶活性均顯著高于P處理，且以PCG處理的保護(hù)酶活性相對(duì)較高。PCG處理的SOD、POD、CAT、APX活性在脅迫第3天較P處理分別增加22.04%、27.03%、57.31%、38.37%，而在第10天較P處理分別增加34.46%、48.66%、88.93%、83.35%，增加幅度明顯高于第3天，表明隨著時(shí)間的后移，外源鈣和甜菜堿復(fù)配對(duì)干旱脅迫下保護(hù)酶活性降低幅度的緩解作用更加顯著。在脅迫第3天和第10天，PLG處理保護(hù)酶活性均低于PG、PCG，說明外源鈣對(duì)甜菜堿緩解干旱脅迫有正向促進(jìn)作用。

2.5 外源鈣與甜菜堿對(duì)干旱脅迫下絲瓜幼苗MDA、相對(duì)電導(dǎo)率和活性氧含量的影響

由圖1可以看出，P處理下的MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率、O-2·含量、H2O2含量均顯著高于對(duì)照，且隨著干旱時(shí)間的后移呈升高趨勢，表明干旱脅迫對(duì)絲瓜幼苗細(xì)胞造成一定程度的傷害，且傷害程度隨脅迫時(shí)間的增加而加重。與P處理相比，PC、PG、PCG處理下MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率、O-2·含量、H2O2含量均顯著降低，且以PCG處理的降低幅度最大，說明外源鈣、甜菜堿能夠緩解干旱逆境對(duì)絲瓜幼苗的傷害，且以二者復(fù)配效果更佳。而PC、PG、PCG處理的MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率、O-2·含量、H2O2含量仍高于對(duì)照，說明外源鈣、甜菜堿對(duì)干旱脅迫的緩解效應(yīng)存在一定的限度。PLG處理的MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率、O-2·含量、H2O2含量顯著高于PC、PCG處理，說明鈣對(duì)甜菜堿緩解干旱脅迫方面有促進(jìn)作用。

3 討論與結(jié)論

干旱是影響植物生長發(fā)育的主要非生物脅迫因子之一。干旱脅迫下植株生長速度放緩、株形矮小、葉面積減小、生物量積累減少、產(chǎn)量降低。本研究結(jié)果表明，與對(duì)照CK相比，干旱脅迫能夠顯著降低絲瓜幼苗的株高、莖粗、葉面積、根長、根尖數(shù)、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量。這是因?yàn)?，植物生長依賴細(xì)胞的分裂分化，但在干旱脅迫下，細(xì)胞失水膨壓降低，分生組織細(xì)胞有絲分裂速度變慢、細(xì)胞生長受到抑制，使得植物表現(xiàn)為生長減弱［19］。鈣是植物代謝發(fā)育的主要調(diào)控者，對(duì)生長發(fā)育的各個(gè)時(shí)期均有調(diào)控作用。研究也表明，外源鈣的施用能夠緩解干旱、冷害等逆境脅迫對(duì)植株的傷害［20］。高向陽等研究發(fā)現(xiàn)，在0～14 mmol/L范圍內(nèi)，Ca2+濃度的增加能夠促進(jìn)植株根系生長及干物質(zhì)積累［21］。山侖等研究得出，添加外源鈣能促進(jìn)小麥根莖葉的生長，并使小麥增長速度保持在較高水平［22］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在添加外源鈣的PC處理下，絲瓜幼苗各形態(tài)指標(biāo)雖低于CK，但均顯著高于單純的干旱脅迫P處理，說明噴施外源鈣能夠有效消弱干旱對(duì)絲瓜幼苗生長的抑制作用，這應(yīng)該與鈣是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的第二信使有關(guān)，鈣與鈣調(diào)蛋白（CaM）結(jié)合后，將感受到的外界干旱脅迫信號(hào)傳遞下去；同時(shí)，鈣參與信號(hào)的響應(yīng)和表達(dá)，降低逆境脅迫給細(xì)胞膜帶來的傷害，進(jìn)而增加植株的抗旱能力［23］。另外，鈣是構(gòu)成細(xì)胞壁的重要元素，外源鈣的添加能夠促進(jìn)細(xì)胞壁的形成，促進(jìn)細(xì)胞分裂生長。甜菜堿是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，并在生物界廣泛存在，而外源甜菜堿易被植株吸收并能夠在植物體內(nèi)長時(shí)間存在。研究也表明，甜菜堿能夠提高植物的抗逆性［24］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，添加有甜菜堿的PG處理絲瓜幼苗各形態(tài)指標(biāo)均高于P處理，這應(yīng)該是因?yàn)闈B透脅迫引起的細(xì)胞膨壓降低，對(duì)植株生長不利，而外源甜菜堿的添加能夠在一定水平上通過滲透調(diào)節(jié)提高植株生長所需要的膨壓，促進(jìn)植株生長［25］。PCG處理下絲瓜幼苗各形態(tài)指標(biāo)均高于單施外源鈣或甜菜堿的干旱處理，這說明外源鈣與甜菜堿配施效果更佳。PCG處理各指標(biāo)均高于單施甜菜堿的PG處理，而含有鈣離子通道抑制劑和甜菜堿的PLG處理各指標(biāo)均低于PG處理，說明鈣的缺失會(huì)制約甜菜堿在增強(qiáng)植株抗旱性方面的作用，而外源鈣的添加能夠提高甜菜堿對(duì)絲瓜幼苗干旱脅迫的緩解作用，同時(shí)也從側(cè)面說明外源鈣與甜菜堿配施更有利于提高植株的抗旱能力。

葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要場所，其含量與葉片光合速率、碳同化能力密切相關(guān)，但葉綠素對(duì)干旱逆境反應(yīng)敏感，因此是表征植株抗逆性的重要指標(biāo)［26］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在單純的干旱脅迫下，葉片葉綠素含量較對(duì)照均顯著降低，這是因?yàn)槿~綠素在缺水條件下合成受到抑制，同時(shí)加速已有葉綠素的分解［27］。在干旱條件下，添加外源鈣或甜菜堿能夠提高光合色素含量，試驗(yàn)結(jié)果與郭郁頻等在苜蓿［28］、范春麗等在石榴［29］上的研究結(jié)論一致。一方面是因?yàn)?，Ca2+對(duì)葉綠體雙層膜的穩(wěn)定有保護(hù)作用，甜菜堿能夠減輕逆境脅迫對(duì)葉綠體類囊體膜的傷害，對(duì)光合色素有一定的保護(hù)作用［30］；另一方面是因?yàn)?，活性氧（ROS）不但能夠?qū)?xì)胞結(jié)構(gòu)造成傷害，還可能參與對(duì)葉綠素4-吡咯環(huán)結(jié)構(gòu)的破壞［31］。而在本試驗(yàn)條件下，外源鈣或甜菜堿的添加降低了干旱脅迫處理超氧陰離子等ROS含量，這在一定水平上減少了ROS對(duì)葉綠素的破壞。外源鈣和甜菜堿復(fù)配后，較外源鈣和甜菜堿單施更能夠提高干旱脅迫下絲瓜幼苗葉綠素的含量，說明二者配施效果更佳。PC、PG、PCG處理下，葉綠素a/b值均高于P處理，且以PCG處理下值最大，這應(yīng)該是因?yàn)槌蹶庪x子能夠?qū)θ~綠素造成傷害，并特異性地對(duì)葉綠素a造成破壞［32］，而PCG處理下超氧陰離子含量較其他干旱處理低，葉綠素a受到的破壞程度相對(duì)較輕。

光合作用是植物進(jìn)行物質(zhì)代謝和能量代謝的前提，光合能力的高低除受自身遺傳因素影響外，還受干旱、高溫、低溫等外界環(huán)境因素的制約，因此常被作為衡量植株抗逆性的重要參考指標(biāo)。植物在遭受干旱逆境脅迫時(shí)，氣孔阻力增加，CO2交換速率和光合酶活性下降，凈光合速率降低，干物質(zhì)積累減少，植物生長受到抑制［33］。在干旱脅迫下，植物光合速率的降低受氣孔因素和非氣孔因素的影響。本試驗(yàn)條件下，P處理和PLG處理在干旱脅迫第3天時(shí)，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度均顯著低于對(duì)照，表現(xiàn)為凈光合速率隨氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度的降低而降低，說明在脅迫第3天，P、PLG處理光合速率的降低主要是由氣孔因素限制引起。與脅迫第3天相比，脅迫第10天的P、PLG處理凈光合速率、氣孔導(dǎo)度雖有所降低，但胞間CO2濃度卻呈不降反升的趨勢，這說明在干旱脅迫的后期，P、PLG處理凈光合速率的降低已由氣孔因素限制為主轉(zhuǎn)變?yōu)榉菤饪滓蛩叵拗茷橹鳎囼?yàn)結(jié)果與郭愛霞等在蘋果砧木上的研究結(jié)論［34］一致。這應(yīng)該是因?yàn)椋珊得{迫時(shí)間的延長導(dǎo)致活性氧大量積累，使細(xì)胞膜受到破壞，最終引起光合細(xì)胞機(jī)構(gòu)與功能的損傷。從脅迫第3天至第10天，PC、PG、PCG處理下凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度均呈下降趨勢，且顯著低于對(duì)照，說明氣孔因素限制是引起凈光合速率降低的主要因素；同時(shí)，還表明外源鈣、甜菜堿的葉面噴施，能夠延緩干旱脅迫下光合作用由氣孔因素限制向非氣孔因素限制轉(zhuǎn)變的過程，增強(qiáng)植株的抗旱性。外源鈣提高絲瓜幼苗的凈光合速率，應(yīng)該是因?yàn)殁}有利于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，提高膜上酶的活性和葉肉細(xì)胞CO2羧化效率；同時(shí)，鈣能增加氣孔反應(yīng)的靈敏性和自我調(diào)節(jié)能力，使葉片保持相對(duì)較高的含水量［35］，有利于光合作用的提高。另外，植物遭受干旱逆境時(shí)，外源鈣可通過調(diào)控 PSⅡ中心活性來優(yōu)化細(xì)胞葉綠素?zé)晒饽芰糠峙?，從而改善植物的光合性能?6］。甜菜堿可通過保持PSⅡ反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)的完整性和1，5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶（Rubisco）活性，提高葉片的光合速率［37］，有利于緩解逆境條件下葉片光合能力的降低幅度。

SOD、POD、CAT、APX是抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)中的主要酶類，這些酶相互協(xié)同，使機(jī)體活性氧的產(chǎn)生與消除保持動(dòng)態(tài)平衡，其中SOD可有效清除破壞性較強(qiáng)的超氧陰離子自由基，并將其轉(zhuǎn)化成H2O2，POD、CAT、APX可將由超氧陰離子轉(zhuǎn)化而來的H2O2分解成完全無害的水［38］。另外，APX還能催化抗壞血酸AsA的氧化，減輕自由基對(duì)機(jī)體的危害。本試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫顯著降低了絲瓜幼苗葉片保護(hù)酶的活性，這是因?yàn)楸Ｗo(hù)酶系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞內(nèi)活性氧的清除存在一定的閾值，當(dāng)活性氧的積累超出這一閾值時(shí)，細(xì)胞受到活性氧傷害，保護(hù)酶活性降低［39］。鈣信使系統(tǒng)與抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)關(guān)系密切。本試驗(yàn)條件下，外源鈣的添加提高了干旱脅迫下絲瓜葉片保護(hù)酶的活性，試驗(yàn)結(jié)果與謝詩在結(jié)縷草上的研究結(jié)論［40］一致。這應(yīng)該是因?yàn)殁}離子與CAM等受體結(jié)合后，通過對(duì)信號(hào)的放大和傳遞，降低活性氧的積累，增強(qiáng)了抗氧化酶活性［41］。甜菜堿同樣提高了干旱條件下絲瓜葉片保護(hù)酶的活性，試驗(yàn)結(jié)果與馬千全等在小麥上的研究結(jié)論［42］一致。這可能與3個(gè)方面原因有關(guān)：一是甜菜堿通過調(diào)控抗氧化酶相關(guān)基因在逆境條件下的表達(dá)，減輕抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)遭受的逆境損傷［43］；二是甜菜堿在逆境條件下能夠穩(wěn)定保護(hù)酶的結(jié)構(gòu)和功能，減輕滲透脅迫對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的傷害，從而維持酶的活性；三是甜菜堿的親水性可將植物組織間的水分聚集在蛋白質(zhì)表面，提高了其表面的水合程度，從而減輕逆境脅迫引起的酶失活［44］。PCG處理下絲瓜幼苗葉片保護(hù)酶活性高于PC、PG處理，說明外源鈣與甜菜堿具有一定的互作效應(yīng)，二者配施比單一施用更有利于增強(qiáng)絲瓜幼苗的抗旱能力。

氧化脅迫是干旱脅迫引發(fā)的最主要的次級(jí)脅迫，它通過活性氧代謝的失衡在細(xì)胞水平上對(duì)植物造成傷害。MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率常用于反映逆境脅迫對(duì)細(xì)胞的傷害程度，是植物應(yīng)激反應(yīng)的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，單純的干旱脅迫顯著提高了絲瓜幼苗MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率，數(shù)值隨脅迫時(shí)間的延長而增大，這是因?yàn)楦珊禇l件下，O-2·、H2O2在絲瓜幼苗細(xì)胞內(nèi)大量積累，活性氧（ROS）積累達(dá)到一定閾值，使細(xì)胞膜發(fā)生膜脂過氧化反應(yīng)，而MDA是該反應(yīng)的最終產(chǎn)物之一，因此表現(xiàn)出干旱脅迫下MDA含量隨ROS的增加而增加的現(xiàn)象。膜脂過氧化反應(yīng)發(fā)生后，細(xì)胞膜透性增大，相對(duì)電導(dǎo)率隨之增加。增施外源鈣后，絲瓜幼苗MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率比單純干旱脅迫處理顯著降低，這應(yīng)該是因?yàn)殁}是植物細(xì)胞膜的重要組成成分，是生物膜的穩(wěn)定劑，鈣與膜磷脂的極性頭部發(fā)生交聯(lián)作用，使膜蛋白與磷脂結(jié)合更加緊密，這也使得膜的透性降低［45］，從而降低了干旱條件下絲瓜幼苗MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率。甜菜堿的施用同樣能夠降低絲瓜幼苗MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率，這應(yīng)該是因?yàn)樘鸩藟A能夠抑制膜脂過氧化反應(yīng)，有利于維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，從而提高機(jī)體的抗逆性，進(jìn)而降低了O-2·、H2O2等活性氧的過量積累［46］。外源鈣與甜菜堿配施較單一施用更加降低了絲瓜幼苗MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率、O-2·含量、H2O2含量，說明二者配施對(duì)增強(qiáng)植物抗逆性有正向促進(jìn)作用。

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